3、表面活性物质对SSA的影响

3.1 SSA生成的实验室模拟方法

SSA生成装置能够在实验室环境中模拟自然海洋系统，实现在受控条件下从天然海水中产生SSA，并结合仪器表征颗粒的粒径分布和理化特性。目前常用的模拟装置有鼓泡式发生器、射流式发生器及波浪破碎式发生器等。本文以射流式SSA发生器为例，介绍SSA的生成原理（图2）。通常来说，发生器都具有进水口、进气口和采样口。利用蠕动泵将海水从发生器底部周期性循环到顶部喷嘴，形成一个俯冲射流水柱，撞击水面并将空气夹带进入海水中，在水下一定深度产生气泡羽流。当气泡上升到水气界面并破裂时，产生SSA颗粒。采用洁净零空气作为载气，将生成的SSA颗粒通过气溶胶采样口进行采集，连接干燥管进行干燥。此后，使用扫描电迁移率粒径谱仪测量SSA的粒径分布和数浓度等。该装置可连接其他仪器，如CCN计数器和吸湿串联差分电迁移率分析仪等进行CCN活性及吸湿性等的表征。

图2实验室模拟海洋飞沫气溶胶（SSA）的产生装置图

3.2表面活性物质对SSA数浓度的影响

已有研究探索了表面活性物质对气泡破裂过程和SSA产生的作用，但结果并不一致。大多数关于表面活性物质与气泡产生以及颗粒浓度之间的定量关系，主要是基于实验室测量而不是海洋走航观测。这些观测数据的稀缺也意味着对全球SSA的预测具有高度不确定性。Frossard等在海洋走航过程中搭载气泡羽流模拟器产生大量的飞沫，并观察到随着生物活性和表面活性物质的增加，产生的飞沫也在增加。在实验室模拟中，研究人员主要通过向人工海水中添加表面活性物质来试图表征有机物对SSA颗粒产生的影响。关于选择油酸作为模型表面活性物质，Garrett发现，添加油酸可以抑制泡沫的形成，增加颗粒的产生。Tyree等的研究支持了以上实验结果，在人工海水中添加1.0 mg/L油酸，液滴产量增加了约2倍，即添加油酸导致总SSA颗粒产量显著增加（图3）。

图3油酸对人工海水产生的海洋飞沫气溶胶（SSA）粒径分布的影响

然而，也有研究表明，表面活性物质抑制颗粒产生。例如，Modini等的研究表明，在NaCl溶液中添加可溶性表面活性物质Triton X-100可稳定气泡，增加表面的气泡持久性，并减少气泡破裂时产生的气溶胶颗粒数量。King等观察到强表面活性剂十二烷基硫酸钠会降低SSA的颗粒数浓度，并将其归因为表层更稳定，导致气泡破裂更少。Liu等研究发现聚乙二醇作为表面活性物质也可以抑制SSA的产生，且聚乙二醇分子量越高，抑制作用越明显。Zábori等观察到，在NaCl溶液中加入弱表面活性物质琥珀酸后，SSA颗粒产量略有下降（约10%）。根据上述结果，表面活性物质对SSA产量的影响可能取决于表面活性物质的溶解度。可溶性表面活性物质可能会产生大量泡沫并积聚在表面，从而延迟气泡破裂，使其在表面停留时间更长。然而，不溶性表面活性物质可减少泡沫，从而降低气泡的稳定性，并且由于更高的气泡破裂率而导致更高的颗粒产量。

3.3表面活性物质对SSA粒径分布的影响

表面活性物质也会引起SSA尺寸分布的变化。Sellegri等发现在海水中添加5 mg/L的十二烷基硫酸钠会使粒径分布向较小的尺寸转移。Fuentes等也观察到在添加硅藻生物渗出物后生成的亚微米气溶胶尺寸分布向更小尺寸转移，并且直径小于100 nm的颗粒数量增加。Alpert等的研究也表明随着海水中微生物生长，由射流产生的气溶胶颗粒尺寸分布通常会向直径较小的方向移动，但当使用鼓泡法产生气溶胶时这种移动则不会发生或发生的程度很小。当向海水中加入弱表面活性物质琥珀酸时，则观察到向更大尺寸的转变。以上研究结果的不一致可能是由不同发生装置、不同种类表面活性物质或细菌和浮游植物渗出物的物理和化学性质的差异而导致的，但目前还未有明确的解释。